针对复杂地层金刚石钻头的改进与应用

复杂地层的钻进与取样问题一直是钻探行业的一个技术难题。由于地层结构的杂乱无规律、软硬互夹层多、换层频繁以及破碎层硬、脆、碎的特性,使得在钻探施工过程中钻头寿命低下,频繁提下钻导致坍孔、掉块、缩径、漏失、涌水等事故经常发生,钻探效率难以提高。针对以上问题,根据目前钻探施工普遍采用的金刚石绳索取心钻探工艺,通过试验对金刚石钻头进行设计与改进,提高钻头的钻进效率与使用寿命,可大幅提高钻探效率并减少事故发生率,从而取得良好的经济效益。     

新型加长防斜减振PDC钻头的设计试验研究

PDC钻头在石油钻井和地质钻探中,在中等硬度和部分硬地层中钻进时,取得了很好的钻进效果,得到了满意的技术经济指标,生产单位也比较欢迎。但是,在复杂地层,如深孔软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速变慢,钻头进尺降低,成了推广使用的“拦路虎”。俄罗斯钻探工作者针对上述地层钻探中存在的问题,设计出了加长型防斜减振钻头,经过实验室和野外试验证明,这种钻头是有效的,取得了很好的技术经济效果。     

PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺在铝土矿地层的应用

结合铝土矿地层特点,分析探讨铝土矿地层钻探工艺,通过常规绳索取心钻探、普通双管钻探与PDC肋骨钻头单动双管钻探工艺理论探讨及现场试验对比,得出了在铝土矿地层钻进采用常规钻探方法常产生卡钻事故、钻探效率低的原因,同时验证了采用PDC肋骨钻头单动双管钻探能较好地解决粘附孔壁而卡钻的问题并提高了钻探效率。     

多级金刚石表孕镶钻头在坚硬岩屑砂泥岩互层的应用研究

本文针对山西晋城及霍西煤层气预查孔钻探施工中的坚硬岩屑砂泥岩互层钻进效率低的难题,研制了一种多级金刚石表孕镶钻头,对比之前研制的尖齿切削齿复合片钻头以及其他厂家钻头,机械钻速得到明显提高,在该类型地层取得了良好的钻进效果。     

广宗5-2号煤田勘探深孔钻探工艺

随着岩心钻探向深部发展,作为钻探施工“血液”的冲洗液,是实现和确保施工顺利进行的基本保证。在对厚覆盖层及深部煤系地层钻孔的钻进工艺上,坚持不同的地层条件,有针对性使用不同类型的冲洗液体系,并通过改变双管钻具长度和改换取心钻头的切削具,满足软硬互层对钻头钻进效率的影响,更重要的是使深部见煤的判断与取煤质量上,增加了一项保证措施,不仅解决了生产中的一些难题,提高了钻进效率,而且满足了质量要求,收到了较好的效果。     

关于PDC钻头低温氮、磁化综合处理的试验研究

复合片钻头在石油钻井和地质钻探中,得到了广泛应用,取得了很好的技术经济效果。但是,在深孔钻进中,特别是在复杂地层,诸如软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速下降,钻头进尺降低,影响了其进一步推广和使用。如何提高钻头的使用性能,即提高钻头的强度（硬度）和耐磨性,以解决上述问题是一个非常重要的课题。在提高钻头使用性能方面,对其进行低温液态氮处理、磁化处理的综合处理方法是一种很有效的方法。俄罗斯专家进行的理论研究和生产实践证明,使用这种综合方法可以有效提高钻头的使用性能。     

国际油气井钻头进展概述（一）——Kymera 组合式（Hybrid)钻头系列

针对油气钻井中钻遇坚硬地层、粘-滑（stick-slip)地层、软硬互层与含夹层地层,以及定向井、水平井等钻进中PDC钻头钻进效率、钻井方向控制方面的局限性问题,贝克· 休斯公司克里斯坦森（Baker Hughes Christensen )分公司于2011年四季度向国际市场推出了将金刚石复合片与牙轮相结合的钻头——Kymera组合式钻头。该新型钻头藉助于牙轮在硬岩层中的侵入能力,提高碎岩效率,改善PDC的冷却,还能明显降低钻头在井底的扭矩,提高钻井方向的控制能力。在世界各地现场实际应用取得了良好的钻井效果。介绍了Kymera组合式钻头的研发背景和历程,以及其在世界多地油气钻井中的现场应用情况。     

难钻进地层金刚石钻头的现状和发展趋势

近年来,针对坚硬致密地层、坚硬强研磨性地层以及坚硬致密泥岩地层这3类地质勘探的难钻进地层,开展了金刚石钻头相关的研究与攻关,取得了重大进步。针对坚硬致密地层,通过在胎体中添加稀土和自锐材料、低压钻头结构设计,在可钻性小于11级的坚硬致密“打滑”地层中,钻进速度可达1.5～2.0 m/h,钻头寿命达30～300 m;针对坚硬研磨性地层,通过超高金刚石工作层和优化的水力结构设计,超细预合金化粉末以及超耐磨胎体性能,使机械钻速同比提高20%～70%,钻头寿命同比提高1.4～10倍;针对坚硬致密泥岩地层,对尖齿复合片和巴拉斯钻头进行了深入的研究,钻进效率提高了50%左右。在油气田深井硬岩钻探领域,NR826系列金刚石孕镶钻头配合螺杆钻具同比牙轮钻头,机械钻速提高18%～85%,钻头寿命提高5～8倍。此外,我国在海洋深水钻探复合片钻头方面的研究也取得了长足的进步。     

王家庄北沟多金属矿区钻探施工技术

在河北省承德县王家庄北沟钼多金属矿钻探施工中,钻遇岩石以燧石条带白云岩、石英岩为主,岩石可钻性级别高,钻遇地层硬、脆、碎,钻头打滑严重,孔壁坍塌和漏失,钻进效率极低。为提高钻进效率,经取样分析岩性后,专门定制了适用于该地层的钻头。采用了多种方法迫使钻头出刃,并根据不同孔段地层岩性选择不同钻进工艺参数和钻井液体系。总结出适于本矿区地层的钻进工艺参数,使用不同性能的钻井液,起到了较好的护壁堵漏作用,提高了钻进效率。     

射流式液动冲击器在ZK01-2井提速应用研究

在深部地热开采中所钻遇的花岗岩地层,由于其硬度高、研磨性强、致密、可钻性差,致使钻进效率低、钻头消耗大、钻探周期长、成本高等。在“张家口地区地热资源调查评价”项目ZK01-2井施工中,为提高钻探效率,降低钻探周期与成本,采用了射流式液动冲击器配牙轮钻头的钻进方法,在硬岩地层中实现了高效破岩的应用效果。钻进过程中还对排量、钻压、转速等多种钻井工艺参数进行了优化分析,并进行了多次现场试验验证。应用结果表明,硬岩地层在进尺相同的条件下,采用射流式液动冲击器提速钻进比常规普钻效率提高了30%以上,大幅提高了硬岩地层的机械钻速,有效提升了钻探效率,起到了高效破岩的作用,为花岗岩等硬岩地层提速增效提供了重要的技术支撑。     

新型高效破岩钻井技术及工业化应用研究

高效破岩技术对提高破岩效率、减少钻进时间和降低钻井成本有重要作用。近年来,针对当前油气田钻井深、地层硬度高、研磨性强、可钻性极差等特点,形成了新型的高效破岩技术。主要包括:新型气体安全高效钻井技术、孕镶PDC钻头+涡轮复合钻井技术、PDC钻头+扭力冲击器钻井技术以及新型ONYX360旋转钻头技术,现场应用表明,这些钻井技术对提高破岩效率、机械钻速和节约钻井周期和成本有较好的效果。     

金矿复杂地层金刚石取心钻头选型试验研究

金矿复杂地层金刚石钻进存在岩石坚硬、地层打滑、漏失等问题,影响钻头寿命和钻进效率。在山东招远某金矿勘探中,通过对3个单位制造的金刚石钻头进行现场对比试验研究,证明JBD-75S仿生金刚石钻头在提高钻头寿命方面具有较大的优越性,适合该复杂地层钻进。     

元坝地区珍珠冲地层新型三牙轮钻头的研制与应用

砂砾岩地层是钻井工程中的难钻地层,如何提高砂砾岩地层的钻进效率和钻头寿命一直是工程实践中的重要问题。针对在元坝地区珍珠冲石英砂砾岩地层钻进过程中,使用普通型牙轮钻头外排齿易早期断齿、综合使用指标低的问题,开展了地层岩性、钻头使用与失效分析。针对性地开展了钻头的切削结构、齿材优化以及加强保径等方面的研究,优化设计、研制出HJT547GKL型新型三牙轮钻头。现场试用结果表明,这种新型牙轮钻头在元坝地区珍珠冲组石英砂砾岩地层钻进中有较高的行程进尺。该钻头是一种结构简单、扶正保径好、可靠实用,适用于较硬、有硬夹地层的新型实用三牙轮钻头。     

陕西小秦岭金矿田深孔烧钻事故处理与分析

小秦岭金矿田地区地质构造较为复杂,破碎漏失地层厚度大,该矿区钻探施工多次出现不同程度的烧钻事故,严重影响了钻探效率和钻探成本。针对Q8ZK801钻孔烧钻事故,通过反卸钻杆和磨铣事故钻具的方法,并配合加工的简易绳索打捞器、磨铣导正器进行处理,取得了良好效果,成功解决了烧钻事故。本文就该次事故发生的原因及事故处理方法做了详细的分析与总结,并对烧钻事故的预防进行探讨,为该矿区钻探施工提供参考,并为此类事故的处理提供借鉴。     

卵砾石地层金刚石钻头的试验研究

卵砾石地层钻进是钻探的难题之一,不仅钻进速度低,钻头的使用寿命短,而且钻探成本高。针对卵砾石地层钻进,开展了新型结构钻头的试验研究,研制成一种金刚石-聚晶体复合型钻头,现场试验表明,钻头的钻进速度能够≮1.8 m/h,使用寿命能够达到50 m,钻探成本较低。     

复杂地层钻进中贯通式潜孔锤的应用及反循环钻头的改进

针对贯通式潜孔锤在复杂地层钻进中遇到的问题,对反循环钻头进行了改进:在钻头上部增加喷射孔,使气流只有一少部分进入孔底,大部分经喷射孔直接进入内管,排至地面。生产试验证明,改进后的反循环钻头更有利于形成反循环,使用效果良好。      

液动潜孔锤钻进工艺在舞阳铁山矿区易斜地层的应用

在河南省舞阳铁山矿区的勘察钻进中，采用液动潜孔锤钻进工艺解决了在倾角较大、软硬不均、互层频繁的条带状混合花岗岩地层中的钻探技术难题，提高了钻进效率，有效地防止了钻孔的偏斜。结合该工程实例介绍了液动潜孔锤钻进工艺以及所取得的效果。     

基于超前钻探测试的隧道地层智能识别方法

可靠地识别掌子面前方地层是保证隧道工程稳定与安全的重要因素之一。传统的超前地质预报方法不能同时保证有高识别精度、低实施成本和占用少的施工时间,对于不同地质情况的地层识别通用性不强。在传统超前钻孔的同时获取掌子面前方围岩钻探测试数据,实时获取不同深度岩层情况,将大大提高超前预报效率,方便快捷,不影响施工,但目前缺乏客观、准确的地层识别方法。提出了一种基于神经网络的钻探测试数据智能分析和地层识别方法,对楚大高速公路九顶山隧道超前钻探测试数据进行了深入分析,通过隧道开挖后所揭示地层对分析方法进行了验证。结果表明：单一钻进参数用于地层识别的错误率在35%左右,打击能和打击数、送水压力和送水流量的参数组合不能显著提升地层识别准确率;钻进速度、扭矩、回转数、推进力的参数组合可降低地层识别错误率至22%。在神经网络模型中引入钻进参数的标准差,可大幅降低错误率,可使地层划分错误率下降9%～12%;多参数组合下的神经网络钻探测试神经网络模型对随机抽样的地层识别错误率小于10%,对单个钻孔的地层识别错误率小于14%。     

泉子街地区地层可钻性分析及钻头选型

泉子街地区页岩气参数井钻进过程中存在地层可钻性差、研磨性较强,钻进速度慢,单只钻头（牙轮、PDC）进尺少且报废率高等问题。本文通过对泉子街区块岩石可钻性进行分析、评价,可以为该区页岩气勘查钻井施工钻头选型和钻井工程设计优化提供依据,从而达到提高该区钻井施工效率、降低钻井成本、缩短项目工作周期的目的。     

岩层联络孔冲剪复合碎岩原理可行性研究

“以孔代巷”是煤矿井下钻探技术研究的重要方向,具有效率高、成本低等优点,但在岩层中施工大直径联络孔时,采用多级扩孔方式,存在提下钻等辅助时间长,成孔效率低的问题。在不改变钻探装备配置基础上,通过结构和工艺创新,提出冲击和剪切复合碎岩原理,即将高压水-冲击器-内钎头冲击碎岩和钻机-钻杆柱-外切PDC钻头剪切碎岩创造性地结合在一起,以冲击功预裂地层,破坏岩层的整体构造应力,同时钻机驱动外切PDC钻头对预裂后的外侧岩石进行剪切破碎,由此实现“小马拉大车”的应用效果。研制了?153 mm冲剪复合钻头,采用ZDY3200S分体式小型钻机在硬质砂岩地层中进行试验,平均机械钻速8.3 m/h,最大机械钻速可达10 m/h,且转速和钻压对机械钻速影响较小,结果证明冲剪复合碎岩原理具有可行性,为煤矿井下岩层联络孔优快成孔提供了新的研究思路。